多晶硅副产物四氯化硅的综合利用技术

多晶硅副产物四氯化硅的综合利用技术

袁坤 王剑峰

新特能源股份有限公司 新疆乌鲁木齐

摘要：随着我国经济的飞速发展，科学技术水平的显著提升，大多数生产型企业在材料的选择和研发方面都有了新的研究，目前阶段尤其是多晶硅副产物四氯化硅材料的研究更是当下的首要任务，我国已经建设的多晶硅副产物工厂的规模已经达到了数万多吨，每年将生产出多晶硅产物达十万吨之多，然而在生产过程中主要采用的是传统改良的西门子法工艺流程，实行这项工艺流程每生产出一吨多晶硅产品将会消耗多达十吨的副产品四氯化硅，这也就意味着每年需要生产出的多晶硅副产物数量多达数百万之吨。因此目前阶段如何有效的处理以及利用副产品的四氯化硅，已经成为了现阶段国内外大多数多晶硅生产过程中所面临的首要任务，本文主要讲述了多晶硅副产品的主要来源以及在市场环境中的主要应用。

关键词：多晶硅；副产物；四氯化硅；应用；建议

引言

随着传统工业的不断完善和改进，在原材料的选择方面也有着一定的改变，这是由于传统的非再生能源石油、天然气以及煤气等资源的大量使用，在燃烧之后所排出的气体会产生温室效应，对环境所产生的破坏性作用将会不断显现出来，再加上目前阶段我国正处于高速发展的阶段，对资源的开采力度非常大，造成资源的匮乏，已经成为了目前阶段全球重点关注的问题。因此面对当前的经济发展状况，可再生资源就在这样的背景下被人们所熟知，这其中风能和和太阳能的使用变得更加成熟，但是由于在新中国成立之后对资源的大量开采使得地理环境遭到了严重的破坏，使得可再生资源的开采受到一定的限制，多晶硅的光伏太阳能技术就受到了我国以及世界的高度重视和大力推广。然而在国内的多晶硅产业主要是起步于上个世纪的六七十年代，主要是为军工行业进行服务，但是一个企业的年生产量也不会超过五十多吨，直到至今为止我国已经开始重视一些高纯度的多晶硅材料的大规模生产线的集体建设，但是随着国内多晶硅材料产业的快速发展以及相关优惠政策的颁布，使得多晶硅产品的需求量呈直线上升的趋势，由此可知多晶硅材料的生产制造和发展已经成为了现阶段的重要时期。

多晶硅副产物四氯化硅的主要来源

在多晶硅副产物四氯化硅的生产过程中，主要来源于多种原料的共同合成，然而在合成装置当中出料大多数为三氯氢硅，主要的成分是三氯氢硅、四氯化硅、三氯化磷以及氯化氢等等。由精馏塔精馏后出来的为高纯度的四氯化硅，在还原尾气分离之后，由粗镏塔将三氯氢硅和四氯化硅进行粗略的分离，这些成分主要含有三氯氢硅和氯化氢，但是从三氯氢硅合成炉装置中所排出的四氯化硅纯度是比较低的，主要的成分是含有三氯氢硅、氯化氢以及来源于原料硅粉的三氯化磷等重要的杂质。然而从还原炉之中所排出的四氯化硅大多数为高纯度的四氯化硅，在这其中所含有的杂质是三氯氢硅、氯化氢以及二氯二氢硅等等。但是如果采用另外一种装置的话，将四氯化硅用氨吸收生成氮化硅的时候，这在一定程度上可以从三氯化硅合成炉内当中所排出的四氯化硅当中也含有部分的三氯化磷，然而对合成的氮化硅产品的物理性能和化学性能都有着一定的影响。从本质上来说，磷元素和氮元素都是属于氮族元素，因此大多数的磷原子都可能会代替氮原子，同时与硅原子形成键，然而在生成的磷元素中掺杂着氯化硅，也会影响到其中的物理性能和化学性能。因此在这个装置当中，如果利用四氯化硅进行与氨气的置换反应当中，需要将其中四氯化硅所含有的三氯化磷除去，这个过程中所采用的方法是将合成炉中所排出的四氯化硅直接通入到精馏工艺的四氯化硅提纯塔中会直接将三氯化磷分离，最后再与四氯化硅一起投入到氯化硅合成炉当中去。

多晶硅副产物四氯化硅在工业领域中的主要应用

四氯化硅在工业领域的应用是比较广泛的，但是从综合考虑四个方面来说，一是氢化还原为三氯氢硅，二则是合成气相二氧化硅，三是合成硅酸乙酯，第四方面则是将其提纯为光纤级的四氯化硅。①氢化还原工艺的主要路线：目前阶段在国内外大多数的多晶硅工厂所使用的氢化还原的方法来处理四氯化硅的基本工艺，一般情况下这是以氯化氢和氯化亚铜作为一定的触媒，甚至是以硅藻和活性炭等元素都存在的条件下，然后控制一定的温度和压力，这就使得原料当中的四氯化硅和氢气等混合气体与硅粉在反应炉当中以沸腾的状态接触进行一定的氢化作用，但是部分的四氯化硅则会转化为三氯化硅，对于其中的产物会在四氯化硅分离之后，让其在这个系统当中循环使用，最后进行回收。但是为了强化反应的过程，国内当中大多数的多晶硅工厂会采用一种多层隔热板的反应容器，在每个部分都需要分别放入一定的触媒，这样才能够提升四氯化硅的转换率；②合成气相二氧化硅的合成路线：从本质上来说气相二氧化硅是硅的一种卤化物，这就意味着在氢氧火焰燃烧的过程中高温水解过程所生成的纳米级白色粉末，这是一种十分重要的补强填料和多功能的添加剂，并且已经广泛的应用于工业领域之中，这也是一种在全世界范围内真正工业化的纳米材料；③合成硅酸乙酯的工艺路线：如果从四氯化硅与乙醇等原料进行相应的酯化反应中制备硅酸乙酯主要是生产硅酸乙酯的经典方法，但是在目前阶段我国大多数的生产厂家都应当采用整个方法，但是整个反应都需要进行分步进行，并且反应速度需要控制在规定的范围内；④光纤级四氯化硅提纯的工艺路线：这种方式是光纤利用粗糙的四氯化硅进行精密的提纯之后获得的，但是粗的四氯化硅可以直接由硅粉和氯气进行直接合成，并且可以从多晶硅的生产过程中的副产物当中进行获得。

结束语

总而言之，我国在多晶硅副产物四氯化硅的研究过程中往往存在着较多的问题，但是如果想要解决多晶硅生产过程中面临的障碍则需要从以下几个方面去考虑，由于技术封锁以及技术处于瓶颈阶段，对于大多数新进入的多晶硅行业的企业实力是相对比较弱的，也没有一定的研发能力。因此这就需要相关的技术人员在掌握现有的技术基础上，进一步的加强先进技术的引进工作，这样以来就能够迅速的实现四氯化硅氢化还原技术大规模商业化的应用，加强多晶硅行业的节能减排工作，最终也能够解决多晶硅副产物出路的根本性途径。

参考文献

[1]漆江锋,胡泊.多晶硅副产物四氯化硅综合利用与研究现状[J].江西建材,2015(24):24-25.

[2]陶崇花.浅谈多晶硅生产副产物四氯化硅的综合利用[J].化工管理,2014(29):46.

[3]刘刚.多晶硅生产副产物四氯化硅的综合利用[J].有色金属(冶炼部分),2013(08):22-24+52.

作者简介：袁坤（1988-03-11），男，汉族，籍贯：四川省南充市，学历：本科，研究方向：化工工艺